CN106696594B - 一种球轮结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球轮结构，包括球形轮和外壳；所述球形轮的一端与地面接触，所述外壳覆盖于所述球形轮的另一端；所述球形轮与所述外壳之间能够相对转动；所述外壳的内侧固定设置有多个球轮支架，所述球轮支架为弧形的凸起；所述球轮支架与所述球形轮卡合，以限制所述球形轮不脱离所述外壳。本发明采用大球套小球的方法，改变现有轮子两轮共用一根轴的连接模式，采用单轮内部方向及动力控制、外部制动控制；球壳内部安装有转向球及一对轴向互相垂直的齿轮，以纵向齿轮运动带动横向齿轮，从而用横向齿轮带动球壳发生转动实现转向；此外，动力装置只作为球轮整体动力输出。

Description

一种球轮结构

技术领域

本发明属于车轮技术领域，具体涉及一种球轮结构。

背景技术

目前，现有的车轮都是将两个轮子安装在一根转轴的两端，这种车轮转弯时半径大，相应的所需转弯面积增大。如果采用单轮控制，球体自身半径相比于转轴长度大大缩短，转弯面积也会减小；此外，单轮控制较双轮联动控制简单方便。

2016年日内瓦车展概念轮胎Eagle-360，取消固定的转动轴，在轮胎里内置马达，就能保持轮胎各个角度都能灵活滚动。刹车和加速的情况，也都靠磁力变化和轮胎滚动方向控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种转动灵活，便于控制的球轮结构。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种球轮结构，包括球形轮和外壳；所述球形轮的一端与地面接触，所述外壳覆盖于所述球形轮的另一端；所述球形轮与所述外壳之间能够相对转动；

所述外壳的内侧固定设置有多个球轮支架，所述球轮支架为弧形的凸起；所述球轮支架与所述球形轮卡合，以限制所述球形轮不脱离所述外壳。

所述球形轮的表面设置有两个内陷的凹槽，两个所述凹槽以所述球形轮的圆心为中心对称设置；所述球轮支架的数量为两个，两个所述球轮支架分别与两个所述凹槽互相卡合，使所述球形轮与所述外壳之间能够相对转动。

还包括内部转轴，所述内部转轴贯穿所述球形轮且经过所述球形轮的球心；所述内部转轴的两端分别从两个凹槽处伸出，且分别固定于两个所述球轮支架中。

还包括轴承和杆件轴；所述轴承嵌入所述外壳的顶端，所述轴承的外圈与所述外壳固定连接；

所述杆件轴的一端插入所述轴承的内圈中，与所述轴承的内圈固定连接。

所述球形轮为完整的球体；所述球轮支架的数量为至少四个，一个所述球轮支架固定设置在所述外壳的顶端内侧，至少三个所述球轮支架位于同一水平面，均匀分布在所述外壳的内侧；所述水平面为所述球形轮的上半球与下半球的分界面；所述外壳的底端设置有一个圈棱边，以防止所述球形轮脱落。

所述球形轮为空心结构，包括球壳和网状支架；所述网状支架固定设置于所述球壳的内侧面上，用于支撑所述球壳，增加所述球壳的结构强度；

所述球壳的内部还设置有转向球、横向齿轮、纵向齿轮和纵向转轴；所述转向球与所述球壳二者的球心重合；所述横向齿轮为环形，沿水平方向设置，其内圈与所述转向球的顶端固定连接；所述纵向齿轮沿竖直方向设置，且二者互相啮合；所述纵向转轴为环形，沿竖直方向设置，其内圈与所述转向球固定连接，外圈与所述网状支架固定连接；

所述转向球中设置有马达、蓄电池和遥控开关；所述蓄电池、遥控开关和马达串联形成回路，所述蓄电池给所述马达供电；所述马达的转子与所述纵向齿轮的中心固定连接。

所述外壳中设置有电磁发射线圈；所述球壳内部设置有接收线圈，它与所述蓄电池电连接；所述电磁发射线圈发射电磁波，所述接收线圈接收电磁波并给所述蓄电池充电。

所述的球轮结构还包括充电开关和外部电源，所述电磁发射线圈、充电开关和外部电源串联形成回路。

多个位于同一水平面上的所述球轮支架中均设置有制动装置，所述制动装置为电磁铁；所述球壳内侧设置有单面磁铁，所述单面磁铁为一面包裹有镀锌铁皮的永磁体；

所述的球轮结构还包括制动开关，所述制动装置、制动开关和外部电源串联形成回路。

位于所述外壳顶部的所述球轮支架中设置有动力装置，所述动力装置为电磁铁；所述球壳的外表面上设置有单面磁铁。

所述的球轮结构还包括动力开关，所述动力装置、动力开关和外部电源串联形成回路。

本发明采用以上技术方案，采用大球套小球的方法，改变现有轮子两轮共用一根轴的连接模式，采用单轮内部方向及动力控制、外部制动控制；球壳内部安装有转向球及一对轴向互相垂直的齿轮，以纵向齿轮运动带动横向齿轮，从而用横向齿轮带动球壳发生转动实现转向；此外，动力装置只作为球轮整体动力输出。本发明中，制动装置负责球轮运动过程中的制动；各部分有独立的控制系统，各系统之间影响小，相比于Eagle-360整体磁力控制较为简便；相比现行系统同时使轮胎灵活易控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种球轮结构的实施例一的结构示意图之一；

图2是本发明一种球轮结构的实施例一的结构示意图之二；

图3是本发明一种球轮结构的实施例一的结构示意图之三；

图4是本发明一种球轮结构的实施例一的结构示意图之四；

图5是本发明一种球轮结构的实施例一的结构示意图之五；

图6是本发明一种球轮结构的实施例二的结构示意图之一；

图7是本发明一种球轮结构的实施例二的结构示意图之二；

图8是本发明一种球轮结构的实施例三的结构示意图；

图9是本发明一种球轮结构的实施例四的结构示意图之一；

图10是本发明一种球轮结构的实施例四的结构示意图之二；

图11是本发明一种球轮结构的实施例四的结构示意图之三；

图12是本发明一种球轮结构的实施例四的结构示意图之四；

图13是本发明一种球轮结构的实施例四的结构示意图之五。

图中：1-球形轮；11-球壳；12-网状支架；13-横向齿轮；14-纵向齿轮；15-转向球；16-纵向转轴；17-马达；171-转子；18-遥控开关；19-蓄电池；2-外壳；21-球轮支架；22-轴承；23-杆件轴；24-内部转轴；25-棱边；31-电磁发射线圈；32-接收线圈；33-充电开关；41-制动装置；42-单面磁铁；43-制动开关；51-动力装置；52-单面磁铁；53-动力开关；6-外部电源。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种球轮结构，包括球形轮1和外壳2；球形轮1的一端与地面接触，外壳2覆盖于球形轮1的另一端；球形轮1与外壳2之间能够相对转动。

如图2所示，外壳2的内侧固定设置有多个球轮支架21，球轮支架21为弧形的凸起；球轮支架21与球形轮1卡合，以限制球形轮1不脱离外壳2。

如图3所示，球形轮1是一个不完整的球体，其表面设置有两个内陷的凹槽，两个凹槽以球形轮1的圆心为中心对称设置；球轮支架21的数量为两个，两个球轮支架21分别与两个凹槽互相卡合，使球形轮1与外壳2之间能够相对转动。球形轮1可以是实心的结构，也可以是空心的结构；空心则需要内部添加稳定装置，使球轮不易变形；其材质为橡胶或者硬质塑料等，与现在轮胎材质可相同，凹槽处是和球轮支架连接，需要较高强度。

如图4所示，该图是球轮支架21与凹槽的截面图，球轮支架21上的填充部分与凹槽的空白部分互相卡合，类似于两个齿轮间的卡合关系。本实施例的球轮支架类似于现在汽车轮胎的轮毂，只是把现在的一面换作两面，由球轮支架两边来安装。球轮支架相当于现行轮胎的轮毂，把圆柱形轮胎换作两侧有凹槽的球体，相当于把现在的轮毂一分为二，一半是在凹槽处，一半是在球轮支架表面，二者卡合。

如图5所示，该球轮结构还包括轴承22和杆件轴23；轴承22嵌入外壳2的顶端，轴承22的外圈与外壳2固定连接；杆件轴23的一端插入轴承22的内圈中，与轴承22的内圈固定连接。

具体应用中，可以采用正方形或者矩形的框架作为底盘，将球轮结构中杆件轴23的另一端与底盘的一个角固定连接，共使用四个球轮结构，以形成稳定的底盘。本实施例球轮整体采用外部动力，改变现行轮胎形状。仅是变换了现在轮胎的形状，其余不变，动力、制动均可由球轮支架21传递到球形轮1，转向则有杆件轴23。转向时由球轮支架21带动球形轮1转向，行进时由杆件轴23带动球形轮1转动。球轮结构的制动与现行制动方式相似，在球轮支架21突出部安装制动装置41。转向由杆件轴带动球轮及外壳整体转向，动力及制动由球轮支架完成。

实施例二

如图6所示，一种球轮结构，包括球形轮1和外壳2；球形轮1的一端与地面接触，外壳2覆盖于球形轮1的另一端；球形轮1与外壳2之间能够相对转动。外壳2的内侧固定设置有多个球轮支架21，球轮支架21为弧形的凸起；球轮支架21与球形轮1卡合，以限制球形轮1不脱离外壳2。

球形轮1的表面设置有两个内陷的凹槽，两个凹槽以球形轮1的圆心为中心对称设置；球轮支架21的数量为两个，两个球轮支架21分别与两个凹槽互相卡合，使球形轮1与外壳2之间能够相对转动。

该球轮结构还包括内部转轴24，内部转轴24贯穿球形轮1且经过球形轮1的球心；内部转轴24的两端分别从两个凹槽处伸出，且分别固定于两个球轮支架21中。

如图7所示，该球轮结构还包括轴承22和杆件轴23；轴承22嵌入外壳2的顶端，轴承22的外圈与外壳2固定连接；杆件轴23的一端插入轴承22的内圈中，与轴承22的内圈固定连接。

球轮整体采用外部动力，改变现有的轮胎形状。与实施例一的不同之处仅在于球轮支架21与内部转轴24一体化。

实施例三

如图8所示，一种球轮结构，包括球形轮1和外壳2；球形轮1的一端与地面接触，外壳2覆盖于球形轮1的另一端；球形轮1与外壳2之间能够相对转动。外壳2的内侧固定设置有多个球轮支架21，球轮支架21为弧形的凸起；球轮支架21与球形轮1卡合，以限制球形轮1不脱离外壳2。

球形轮1为完整的球体；球轮支架21的数量为至少四个，一个球轮支架21固定设置在外壳2的顶端内侧，至少三个球轮支架21位于同一水平面，均匀分布在外壳2的内侧；水平面为球形轮1的上半球与下半球的分界面；外壳2的底端设置有一个圆形的棱边25，以防止球形轮1脱落。

本实施例仅适用于小推车的轮子、办公椅的万向轮等小型轮，此类轮子大多是以塑料制成，因此不改材质的情况下，轮子制成球体，修改安装的支架即可。对于需要有制动需求的方案(比如小推车等)，在外壳2内侧设置相应的制动器即可。

实施例四

一种球轮结构，包括球形轮1和外壳2；球形轮1的一端与地面接触，外壳2覆盖于球形轮1的另一端；球形轮1与外壳2之间能够相对转动；

外壳2的内侧固定设置有多个球轮支架21，球轮支架21为弧形的凸起；球轮支架21与球形轮1卡合，以限制球形轮1不脱离外壳2。

球形轮1为完整的球体；球轮支架21的数量为至少四个，一个球轮支架21固定设置在外壳2的顶端内侧，至少三个球轮支架21位于同一水平面，均匀分布在外壳2的内侧；水平面为球形轮1的上半球与下半球的分界面；外壳2的底端设置有一个圆形的棱边25，以防止球形轮1脱落。

最佳的方案为，球轮支架21数量取五个，顶部一个，以球轮球心水平面两两对称布置共四个，使得磁场不混乱。

如图9所示，球形轮1为空心结构，包括球壳11和网状支架12；网状支架12固定设置于球壳11的内侧面上，用于支撑球壳11，增加球壳11的结构强度。

如图10所示，球壳11的内部还设置有转向球15、横向齿轮13、纵向齿轮14和纵向转轴16；转向球15与球壳11二者的球心重合；横向齿轮13为环形，沿水平方向设置，其内圈与转向球15的顶端固定连接；纵向齿轮14沿竖直方向设置，且二者互相啮合；纵向转轴16为环形，沿竖直方向设置，其内圈与转向球15固定连接，外圈与网状支架12固定连接。

如图11所示，转向球15中设置有马达、蓄电池19和遥控开关18；蓄电池19、遥控开关18和马达17串联形成回路，蓄电池19给马达17供电；马达17的转子171与纵向齿轮14的中心固定连接。

本实施例转向的原理是：水平设置的马达17，转子171上安装一个纵向齿轮14，马达17带动纵向齿轮14以垂直纸面向里的方向转动，马达17整体除转子171以外都是固定于转向球15中的；在转向球15的上端固定安装横向齿轮13，马达17驱动纵向齿轮14的转动，从而带动横向齿轮13转动，横向齿轮13又带动转向球15旋转；而转向球15与球壳11之间通过纵向转轴16固定连接，转向球15可以带动球壳11旋转；以此实现用马达17驱动球壳11旋转。

如图12所示，外壳2中设置有电磁发射线圈31；球壳11内部设置有接收线圈32，它与蓄电池19电连接；电磁发射线圈31发射电磁波，接收线圈32接收电磁波并给蓄电池19充电。所述的球轮结构还包括充电开关33和外部电源6，电磁发射线圈31、充电开关33和外部电源6串联形成回路。在本实施例中，由于球壳11整体呈封闭状态，与外部无连接，只是球壳11表面与球轮支架21有部分接触，球轮内部所需的能量无法以有线方式进行传递，因此采用无线充电方案。

充电系统是以外加电源提供电力，使电磁发射线圈31将电能无线传输至接收线圈32，以此供给内部封闭的马达17，带动齿轮转动，完成转向功能。

多个位于同一水平面上的球轮支架21中均设置有制动装置41，制动装置41为电磁铁；球壳11内侧设置有单面磁铁42，单面磁铁为一面包裹有镀锌铁皮的永磁体。所述的球轮结构还包括制动开关43，制动装置41、制动开关43和外部电源6串联形成回路。

制动系统负责球轮的制动，根据电磁铁的原理，制动装置41通电产生磁力以吸引单面磁铁42，以磁体异性相吸使球轮逐渐停止转动。紧急情况下，可采用制动系统减速后，再使用弹出式制动的方式紧急停止。

位于外壳2顶部的球轮支架21中设置有动力装置51，动力装置51为电磁铁。如图13所示，纵向转轴16分为八个扇形区域，扇形区域的表面设置有单面磁铁52。所述的球轮结构还包括动力开关53，动力装置51、动力开关53和外部电源6串联形成回路。

动力系统用于驱动球轮结构向前行进，位于外壳2顶部的球轮支架21中，以垂直纸面的方向安装动力装置51，动力部分的电磁铁是安装在顶部支架中，向着球轮球心方向设置，在纵向转轴16的扇形区域表面安装单面磁铁52，以电磁的方式产生动力。动力系统是以外部电源6提供电力，使动力装置51产生磁性，以磁体同性相斥原理，排斥单面磁铁52，形成动力。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种球轮结构,其特征在于:包括球形轮和外壳;所述球形轮的一端与地面接触,所述外壳覆盖于所述球形轮的另一端;所述球形轮与所述外壳之间能够相对转动；

所述外壳的内侧固定设置有多个球轮支架,所述球轮支架为弧形的凸起;所述球轮支架与所述球形轮卡合,以限制所述球形轮不脱离所述外壳；

所述球形轮为完整的球体;所述球轮支架的数量为至少四个，一个所述球轮支架固定设置在所述外壳的顶端内侧,至少三个所述球轮支架位于同一水平面,均匀分布在所述外壳的内侧;所述水平面为所述球形轮的上半球与下半球的分界面;所述外壳的底端设置有一个圆形的棱边,以防止所述球形轮脱落；

所述球形轮为空心结构,包括球壳和网状支架;所述网状支架固定设置于所述球壳的内侧面上,用于支撑所述球壳,增加所述球壳的结构强度;

所述球壳的内部还设置有转向球、横向齿轮、纵向齿轮和纵向转轴;所述转向球与所述球壳二者的球心重合;所述横向齿轮为环形,沿水平方向设置,其内圈与所述转向球的顶端固定连接;所述纵向齿轮沿竖直方向设置,且二者互相啮合;所述纵向转轴为环形,沿竖直方向设置,其内圈与所述转向球固定连接,外圈与所述网状支架固定连接;

所述转向球中设置有马达、蓄电池和遥控开关;所述蓄电池、遥控开关和马达串联形成回路,所述蓄电池给所述马达供电;所述马达的转子与所述纵向齿轮的中心固定连接；

所述外壳中设置有电磁发射线圈;所述球壳内部设置有接收线圈,它与所述蓄电池电连接;所述电磁发射线圈发射电磁波,所述接收线圈接收电磁波并给所述蓄电池充电；

所述的球轮结构还包括充电开关和外部电源,所述电磁发射线圈、充电开关和外部电源串联形成回路；

多个位于同一水平面上的所述球轮支架中均设置有制动装置,所述制动装置为电磁铁;所述球壳内侧设置有单面磁铁;

所述的球轮结构还包括制动开关,所述制动装置、制动开关和外部电源串联形成回路；

马达水平设置，纵向齿轮安装在转子上,马达带动纵向齿轮以垂直纸面向里的方向转动,马达整体除转子以外都是固定于转向球中的;横向齿轮固定安装在转向球的上端,马达驱动纵向齿轮的转动,从而带动横向齿轮转动,横向齿轮又带动转向球旋转;而转向球与球壳之间通过纵向转轴固定连接,转向球可以带动球壳旋转;以此实现用马达驱动球壳旋转；

制动装置基于电磁铁的原理通过通电产生磁力以吸引单面磁铁,以磁体异性相吸使球轮逐渐停止转动，若产生紧急情况，则通过所述制动装置减速后，再使用弹出式制动的方式紧急停止。

2.根据权利要求1所述的一种球轮结构,其特征在于:位于所述外壳顶部的所述球轮支架中设置有动力装置,所述动力装置为电磁铁;所述球壳的外表面上设置有单面磁铁。

3.根据权利要求2所述的一种球轮结构,其特征在于:所述的球轮结构还包括动力开关,所述动力装置、动力开关和外部电源串联形成回路。